可编程逻辑控制器用于输入各种信号类型（离散信号、模拟信号），对这些信号执行控制算法，然后输出信号以响应控制过程。PLC 本身通常缺乏向操作员显示这些信号值和算法变量的能力。
拥有个人计算机和编辑PLC程序所需软件的技术人员或工程师可以连接到PLC并“在线”查看程序状态以监控信号值和变量状态，但这对于操作人员来说不是一个实用的方法定期监控 PLC 的运行情况。
为了让操作员监视和调整PLC 内存内的参数，我们需要一种不同类型的接口，允许读取和写入某些变量，而不会暴露太多信息或允许任何不合格的人更改程序，从而损害 PLC 的完整性。本身。
此问题的一种解决方案是专用计算机显示器，该显示器经过编程以提供对 PLC 存储器中某些变量的选择性访问，通常称为人机界面或 HMI。
HMI 可以采用运行特殊图形软件来与 PLC 连接的通用（“个人”）计算机的形式，也可以采用设计为安装在金属板面板正面的专用计算机的形式，除了操作员-PLC 界面外不执行任何任务。
第一张照片显示了运行 HMI 软件的普通个人计算机 (PC) 的示例：
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这里显示的显示屏恰好用于监控一个示例，即用于纯化从环境空气中提取的氧气的真空变压吸附 (VSA) 过程。在某个地方，PLC（或 PLC 集合）正在监视和控制该 VSA 过程，HMI 软件充当 PLC 内存的“窗口”，以易于操作人员解释的形式显示相关变量。运行该 HMI 软件的个人计算机通过以太网等数字网络电缆连接到 PLC。
注意：操作员界面面板的旧术语是“人机界面”或“MMI”。
下一张照片显示了专门设计和构建用于工业操作环境的专用 HMI 面板的示例：
这些 HMI 面板实际上只不过是“强化”个人计算机，坚固耐用且结构紧凑，以方便在工业环境中使用。
大多数工业 HMI 面板都配备了触摸屏，操作员可以将指尖按在显示的对象上以更改屏幕、查看过程各部分的详细信息等。
技术人员和/或工程师对 HMI 显示器进行编程，以通过数字网络向一个或多个 PLC 读取和写入数据。
HMI 显示屏上排列的图形对象通常模仿现实世界的指示器和开关，以便为操作人员提供熟悉的界面。
例如，HMI 面板表面上的“按钮”对象将被配置为将一位数据写入 PLC，其方式类似于现实世界中的开关将一位数据写入 PLC 的输入寄存器。
现代 HMI 面板和软件几乎完全基于标签，屏幕上的每个图形对象都与至少一个数据标签名称相关联，而数据标签名称又通过标签与 PLC 中的数据点（位或字）相关联名称驻留在 HMI 中的数据库文件。
HMI 屏幕上的图形对象要么接受（读取）来自 PLC 的数据以向操作员提供有用信息，要么从操作员输入向 PLC 发送（写入）数据，或者两者兼而有之。
对 HMI 单元进行编程的任务包括构建标签名称数据库，然后绘制屏幕以按照操作员运行该过程所需的详细程度来说明该过程。
此处显示了现代 HMI 标签名称数据库表的示例屏幕截图：
使用相同的软件访问和编辑标签名称数据库，以在 HMI 中创建图形图像。
根据此示例，您可以看到与 PLC 内存中的数据点关联的多个标签名称（例如，启动按钮、电机运行定时器、错误消息、电机速度）（在本例中，PLC 地址以Modbus寄存器格式显示）。
在许多情况下，标签名称编辑器能够以与 PLC 编程编辑器软件中显示的方式相同的方式显示相应的 PLC 存储点（例如 I:5/10、SM0.4、C11 等）。
在此标签名称数据库显示中需要注意的一个重要细节是每个标签的读/写属性。
特别注意显示的四个标签是只读的：这意味着 HMI 仅有权从 PLC 内存中读取这四个标签的值，而不能写入（更改）这些值。
在这四个标签的情况下，原因是这些标签引用 PLC 输入数据点。例如，START PUSHBUTTON 标签指的是 PLC 中由真实按钮开关供电的离散输入。
因此，该数据点从离散输入端子的通电中获取其状态。如果向 HMI 授予对此数据点的写入权限，则可能会发生冲突。
假设 PLC 上的输入端子已通电（将 START PUSHBUTTON 位设置为“1”状态），并且 HMI 同时尝试将“0”状态写入同一标签。
这两个数据源之一会获胜，而另一个会失败，可能会导致 PLC 程序出现意外行为。
因此，PLC 中与实际输入相链接的数据点应始终被限制为 HMI 数据库中的“只读”权限，因此 HMI 不可能产生冲突。
然而，数据库中的其他一些点也存在数据冲突的可能性。
一个很好的例子是电机运行位，它是 PLC 程序中告诉实际电机运行的位。
据推测，该位从 PLC 梯形图程序中的线圈获取数据。然而，由于它也出现在具有读/写权限的HMI 数据库中，因此HMI 可能会覆盖（即冲突）PLC 内存中的同一位。
假设有人在链接到此标签的 HMI 中编写了一个切换“按钮”屏幕对象：按下 HMI 屏幕上的此虚拟“按钮”将尝试设置该位 (1)，再次按下它将尝试重置该位 (0 ）。
然而，如果 PLC 程序中的线圈正在写入同一位，则存在明显的可能性，即 HMI 的“按钮”对象和 PLC 的线圈将发生冲突，即试图告诉该位为“0”，而另一个试图告诉该位为“1”。
这种情况与梯形图程序中的多个线圈寻址到同一位时遇到的问题非常相似。
这里要遵循的一般规则是绝不允许多个元素写入任何数据点。根据我教授 PLC 和 HMI 编程的经验，这是学生第一次学习 HMI 编程时最常见的错误之一：他们会尝试将 HMI 和 PLC 写入相同的内存位置，但会产生奇怪的结果。
在对大型复杂系统进行编程时，您将学到的教训之一是，在开始在 HMI 中布局图形之前定义所有必要的标签名称非常有益。
PLC 编程也是如此：如果您在之前花时间定义所有必要的 I/O 点（以及标签名称，如果 PLC 编程软件支持编程环境中的标签名称），那么整个项目会更快且更少混乱。您开始创建任何代码，指定这些输入和输出如何相互关联。
保持标签名称的一致约定也很重要。例如，您可能希望将每个硬连线 I/O 点的标签名称开头为 INPUT 或 OUTPUT（例如 INPUT PRESSURE SWITCH HIGH、OUTPUT SHAKER MOTOR RUN 等）。
维持严格命名约定的原因一开始并不明显，因为标签名称的全部目的是让程序员可以自由地为系统中的数据点分配任意名称。
但是，您会发现大多数标签名称编辑器按字母顺序列出标签，这意味着以这种方式组织的命名约定将在列表中连续（相邻）显示所有输入标签，在列表中连续显示所有输出标签，并且很快。
利用按字母顺序排列的标签名称列表的另一种方法是，每个标签名称以描述其与主要设备关联的单词开头。
以这个过程为例，该过程具有在 PLC 控制系统中定义并在 HMI 中显示的多个数据点：
如果我们按字母顺序列出所有这些标签，那么它们之间的关联就会立即显而易见：
交换器污水泵
交换器出水温度
交换器预热泵
交换器预热温度
交换器预热阀
反应器床温
反应器进料流量
反应器进料温度
反应釜夹套阀
从该标签名称列表中可以看出，所有与热交换器直接关联的标签都位于一个连续组中，所有与反应器直接关联的标签都位于下一个连续组中。
通过这种方式，明智的标签命名有助于以分层方式对它们进行分组，使程序员可以轻松地在将来的任何时间在标签名称数据库中找到它们。
您会注意到，此处显示的所有标签名称在单词之间都缺少空格字符（例如，标签名称应使用连字符或下划线作为间隔字符，而不是“Reactor bed temp”：“Reactor bed temp”），因为通常假定空格由计算机编程语言来进行分隔符（不同变量名之间的分隔符）。
与可编程逻辑控制器本身一样，HMI 的功能一直在稳步增强，而价格却在下降。
现代 HMI 支持图形趋势、数据归档、高级报警，甚至网络服务器功能，允许其他计算机通过广域网轻松访问某些数据。
HMI 能够长时间记录数据，从而使 PLC 不必执行这项非常占用内存的任务。
这样，PLC仅将当前数据“提供”给HMI，而HMI能够使用其更大的内存储备来记录当前和过去的数据。
如果HMI基于个人计算机平台（例如Rockwell RSView、Wonderware、FIX/Intellution软件），它甚至可以配备硬盘驱动器以存储大量历史数据。
一些现代的 HMI 面板甚至在设备内部内置了 PLC，在同一设备中提供控制和监控。
此类面板为离散甚至模拟 I/O 提供端子排连接点，允许所有控制和接口功能位于单个面板安装单元中。
